(57)【要約】【課題】  センサ部の厚みを薄くできる回転検出センサおよびこれを用いたセンサ付軸受を提供する。【解決手段】  外輪３と、内輪４と、外輪３および内輪４の間に配置された転動体５とで転がり軸受が構成され、内輪４の外径部には貫通孔１２が形成された円筒状のセンサターゲット１１が嵌め込まれている。外輪３の内径部には外環１３が嵌め込まれており、この外環１３にはセンサハウジング１４が設けられており、センサハウジング１４によって渦電流センサ１５が保持されている。渦電流センサ１５は、シート上にコイルが巻回されており、内輪４とともに回転するセンサターゲット１１の貫通孔１２を検出する。【選択図】      図１
2006017536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、前記回転体に対して対向して配置された対向部材との間の相対的な回転を検出する回転検出センサであって、
前記回転体と前記対向部材のいずれか一方に設けられ、円周方向に凹凸形状を有するセンサターゲットと、
前記回転体と前記対向部材のいずれか他方に、前記センサターゲットに対向して設けられ、前記凹凸形状を検出する渦電流センサとを備える、回転検出センサ。
【請求項２】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された転動体とを含む軸受と、
前記内輪と前記外輪の相対的な回転を検出するセンサ手段を備え、
前記センサ手段は、前記内輪と前記外輪のいずれか一方に固定され、円周方向に凹凸形状が形成されたセンサターゲットと、前記内輪と前記外輪のいずれか他方に固定され、前記センサターゲットに対向して前記凹凸形状を検出する渦電流センサとを含む、センサ付軸受。
【請求項３】
さらに、前記渦電流センサの検出出力に基づいて、前記内輪と前記外輪との相対角度，回転速度および回転方向のいずれかを検出する処理回路が外付けされる、請求項２に記載のセンサ付軸受。
【請求項４】
前記渦電流センサは複数配置される、請求項２または３に記載のセンサ付軸受。
【請求項５】
前記渦電流センサは、シート状絶縁体上にコイルが形成されている、請求項２から４のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【請求項６】
前記センサターゲットは、導電性部材で形成される、請求項２から５のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【請求項７】
前記センサターゲットは、円筒状に形成されてその周面に前記凹凸形状が形成されている、請求項２から６のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【請求項８】
前記センサターゲットの凹凸形状の凹部は、円周方向に等間隔で形成されている貫通孔である、請求項２から６のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【請求項９】
前記センサターゲットと前記渦電流センサは、前記軸受のラジアル方向に対向して配置される、請求項２から８のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【請求項１０】
前記センサターゲットと前記渦電流センサは、前記軸受のアキシャル方向に対向して配置される、請求項２から８のいずれかに記載のセンサ付軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転検出センサおよびこれを用いたセンサ付軸受に関し、特に、回転体の相対角度や回転速度を検出する回転検出センサおよびこれを軸受に用いたセンサ付軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受の回転体の相対角度や回転速度を検出するためにセンサ付軸受が実用化されている。図６は従来のセンサ付軸受を示す図であり、特に、（ａ）は概略の断面図を示し、（ｂ）は図６（ａ）の線ＡーＡに沿う断面図である。
【０００３】
図６に示す回転センサ付軸受１０は、磁気エンコーダ１と、芯金２と、外輪３と、内輪４と、転動体５と、外環６と、センサハウジング７と、磁気センサ８と、基板９とを含む。外輪３と内輪４と転動体５はラジアル転がり軸受を構成しており、内輪４側が例えば回転側になっている。内輪４の外径部には芯金２が嵌め込まれており、芯金２の外周面には磁気エンコーダ１が固定されている。磁気エンコーダ１はＳ極とＮ極とが円周方向に交互に形成されている。
【０００４】
外輪３は例えば固定側であって、外輪３の内径部には外環６が嵌め込まれている。外環６の内径部にはセンサハウジング７が設けられていて、このセンサハウジング７によって例えばホールＩＣなどの磁気センサ８と基板９とが保持されている。磁気センサ８は磁気エンコーダ１に対向しており、磁気エンコーダ１が回転することによる磁極の変化を検出する。
【０００５】
基板９には磁気センサ８の検出出力に基づいて、外輪３と内輪４との相対角度，回転速度および回転方向などを示す信号を出力するための処理回路などが配置されており、処理回路の出力が基板９からケーブル３０を介して外部に取出される。回転方向の検出は図６（ｂ）に示すように２個の磁気センサ８を設け、それぞれのセンサ出力を比較することで可能になる。
【０００６】
このようなセンサ付軸受は、例えば特開２００２−３４９５５６号公報に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３４９５５６号公報（段落番号００１６〜００１８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６に示したセンサ付軸受１０は、センサ部の外径が外輪３とほぼ同程度の径となってしまっており、ハウジングなどに取付けるのが困難になっている。これはセンサ部の磁気エンコーダ１が磁極を形成するために半径方向にある程度の厚みを有すること、磁気センサ８もホールＩＣなどを用いているため、ある程度の厚みを有し、磁気センサ８を保持するためのセンサハウジング７の半径方向を大きくしなければならないからである。また、センサハウジング７には、基板９も収納されているため、半径方向の大きさを大きくせざるを得なくなっている。
【０００８】
このようにセンサ部が外輪３とほぼ同じ外径になっているため、外輪３のセンサ部に対向する平坦部を部分的に直接ハウジングなどに固定することができないため、磁気センサ８や磁気エンコーダ１を径の小さな軸受に取付けた場合、外輪３などをハウジングに固定するために、特殊な取付具を用いる必要があった。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、センサ部の厚みを薄くできる回転検出センサおよびこれを用いたセンサ付軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、回転体と、回転体に対して対向して配置された対向部材との間の相対的な回転を検出する回転検出センサであって、回転体と対向部材のいずれか一方に設けられ、円周方向に凹凸形状を有するセンサターゲットと、回転体と対向部材のいずれか他方に、センサターゲットに対向して設けられ、凹凸形状を検出する渦電流センサとを備える。
【００１１】
したがって、この発明では渦電流センサで回転体と対向部材との相対的な回転を検出できるので、センサ部の半径方向の厚みを薄くできる。渦電流センサを例えばシート状に形成することで厚みを薄く形成できるので、回転体を検出するセンサとして機器内に組み込むのが容易になる。
【００１２】
この発明の他の局面はセンサ付軸受であって、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置された転動体とを含む軸受と、内輪と外輪の相対的な回転を検出するセンサ手段を備え、センサ手段は内輪と外輪のいずれか一方に固定され、円周方向に凹凸形状が形成されたセンサターゲットと、内輪と外輪のいずれか他方に固定され、センサターゲットに対向して凹凸形状を検出する渦電流センサとを含む。
【００１３】
この発明では渦電流センサで外輪と内輪との相対的な回転を検出できるので、センサ部の半径方向の厚みを薄くでき、軸受の平坦部を確保することが可能になり、例えばフレームなどに固定するのが容易になり、これらの軸受を多く使用する電気機器やＯＡ機器などへの適用が可能になる。さらに、軸受とセンサ部とを一体化できるのでセンサの組立や調整時間を短縮できる。
【００１４】
好ましくは、渦電流センサの検出出力に基づいて、内輪と外輪との相対角度，回転速度および回転方向のいずれかを検出する処理回路が外付けされる。処理回路を外付けすることで、処理回路をセンサ部に内蔵する必要がなくなるので、センサ部の半径方向の厚みを薄くできる。
【００１５】
好ましくは、渦電流センサは複数配置される。渦電流センサを複数配置することで、それぞれのセンサ出力により、回転方向の検出が可能になる。
【００１６】
好ましくは、渦電流センサは、シート状絶縁体上にコイルが形成されている。コイルをシート状絶縁体に形成することで、センサ部の半径方向の厚みを薄くできる。
【００１７】
好ましくは、センサターゲットは、導電性部材で形成される。導電部材で形成することで、渦電流センサで渦電流を発生し易くなる。
【００１８】
好ましくは、センサターゲットは、円筒状に形成されてその周面に凹凸形状が形成されている。例えば１円周上に１箇所だけ凸部を形成し、他は凹部として形成すれば、１回転に１回だけ回転信号を出力することが可能になる。
【００１９】
１つの実施形態では、センサターゲットの凹凸形状の凹部は、円周方向に等間隔で形成されている貫通孔である。等間隔で貫通孔を形成することで、１回転の間に渦電流センサから例えば等間隔のパルス状の波形を回転信号として出力できる。他の実施形態では、センサターゲットの凹凸形状の凹部は底を有する窪みである。
【００２０】
センサターゲットと渦電流センサを、軸受のラジアル方向に対向して配置するようにしてもよいし、軸受のアキシャル方向に対向して配置するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１はこの発明の一実施形態におけるセンサ付軸受を示す図であり、特に、（ａ）は概略の断面図を示し、（ｂ）は（ａ）の線ＢーＢに沿う断面図である。
【００２２】
図１において、外輪３と、内輪４と、外輪３および内輪４の間に配置された転動体５とで転がり軸受が構成されている。この例では外輪３が固定側であって、内輪４は回転側となっているが、外輪３を回転側とし、内輪４を固定側としてもよい。内輪４の外径部には円筒状のセンサターゲット１１が嵌め込まれている。センサターゲット１１には外周面に凹凸形状としての貫通孔１２が複数個円周方向に一定の等間隔で形成されている。センサターゲット１１は導電性部材で形成されるが、樹脂部材の表面に金属皮膜を形成したり、樹脂部材に導電性の物質を混合して形成してもよい。センサターゲット１１を導電性部材で形成することにより、その表面に渦電流を発生し易くなる。
【００２３】
外輪３の内径部には外環１３が嵌め込まれており、この外環１３にはセンサハウジング１４が設けられており、センサハウジング１４によって渦電流センサ１５が保持されている。渦電流センサ１５は、平面状の耐熱樹脂からなるシートにコイルを巻回して構成したものであり、例えばフレキシブル基板にパターンをコイル状にエッチングして形成してもよい。また、渦電流センサ１５は絶縁シートによってコイルを挟み込み、電気的に絶縁して形成してもよい。さらに、コイルを熱硬化性樹脂によってモールド固定するようにしてもよい。このように形成することで、耐熱度を高めることができる。
【００２４】
なお、渦電流センサ１５は、１個設ければ回転数の検出が可能になるが、図１（ｂ）に示すように円周方向にずらせて２個取付ければ、回転方向の検出が可能になる。この場合、２個の渦電流センサ１５は共通のシート上に２個のコイルを形成し、それぞれのコイルの一端をシート上で共通に接続し、それぞれの他端を対応する駆動回路と処理回路に接続すればよい。これにより配線工数を減少できる。
【００２５】
渦電流センサ１５は、センサターゲット１１に対して、ラジアル方向に対向して配置されており、内輪４の回転に伴ってセンサターゲット１１が回転すると、センサターゲット１１の貫通孔１２の部分とそれ以外の部分とで生じる渦電流損の違いで流れる電流が変化する。渦電流センサ１５は外部回路１６に含まれている駆動回路によって駆動されるとともに、検出出力は外部回路１６に含まれる処理回路に与えられ、処理回路で相対角度や回転速度や回転方向などを示す信号が出力され、ケーブル１７を介して外部に取出される。
【００２６】
図２は図１（ｂ）に示した２個の渦電流センサ１５の出力波形を示す図である。図２において縦軸は出力電圧を示し、横軸は時間を示している。図１に示したセンサターゲット１１には、円周方向に等間隔で貫通孔１２が形成されているので、渦電流センサ１５から等間隔のパルス信号が出力される。また、２個の第１および第２の渦電流センサ１５，１５は、センサターゲット１１に対して円周方向にずれた位置に取付けられているため、ほぼ同じ出力電圧で位相の異なるパルス状の信号を出力する。これらの位相の異なる出力信号を比較することで回転方向の検出が可能になり、所定時間ごとの出力信号の数をカウンタで計数すれば回転速度を検出できる。
【００２７】
この実施形態によれば、シート状の渦電流センサ１５を用いることにより、センサ部の半径方向の厚みを薄くできるので、外輪３の端面に平坦部を確保でき、この平坦部をフレーム２８に固定することが可能になる。
【００２８】
図３はこの発明の他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す図であり、特に、（ａ）は概略の断面図を示し、（ｂ）は図３（ａ）の線ＣーＣに沿う断面図である。
【００２９】
この実施形態は、センサターゲット１８として円筒状の円周面に凹凸形状を交互に形成したものであり、それ以外の構成は図２と同じである。渦電流センサ１５はセンサターゲット１８の凹部と凸部とで渦電流の流れが変化することにより、それに応じた信号を出力する。なお、この実施形態では、凹凸形状の凹部は、底を有する窪みである。
【００３０】
なお、この実施形態では、円周上に１箇所だけ凸部を形成し、他は凹部となるようにセンサターゲット１８を形成すれば、１回転に１回だけパルスを出力することができる。
【００３１】
図４はこの発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す図であり、特に、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）はセンサターゲットの平面図である。この実施形態は、センサターゲットと渦電流センサとをアキシャル方向に対向させて回転を検出するものである。すなわち、図４（ａ）に示すように回転側である内輪４の一方側の端面にセンサターゲット１９が取付けられている。このセンサターゲット１９は図４（ｂ）に示すように円板状に形成されており、センサターゲット１９には径方向に延びる貫通孔２０が形成されている。
【００３２】
センサターゲット１９に対向して渦電流センサ２１が外環２２の端面に取付けられており、外環２２は固定側である外輪３の内径部に嵌め込まれている。センサターゲット１９は内輪４とともに回転し、渦電流センサ２１はセンサターゲット１９の貫通孔２０を検出する。
【００３３】
この例では、半径方向の厚みを薄くできるばかりでなく、アキシャル方向の厚みも薄くできる。
【００３４】
図５はこの発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す概略断面図である。この実施形態は、荷重をスラスト方向に受けるスラスト転がり軸受にセンサを取付けたものである。固定側の外輪２３と、回転側の内輪２４との間に転動体５が設けられており、外輪２３の内径部には外環２５が嵌め込まれており、この外環２５によって渦電流センサ２６が保持されている。内輪２４の内径部には図４（ｂ）と同様のセンサターゲット２７が設けられている。このセンサターゲット２７には径方向に延びる貫通孔が形成されている。内輪２４が回転するとそれに伴ってセンサターゲット２７も回転し、渦電流センサ２６がセンサターゲット２７の貫通孔を検出する。
【００３５】
上述のごとく、この実施形態によれば、平面状の薄いシートにコイルを巻回した渦電流センサ１５，２１，２６を用いて回転体の相対角度や回転速度を検出するようにしたので、センサ部を薄型化することが可能になる。これにより従来取付けることができなかった小型の軸受やミニチュア軸受などにセンサを取付けてもフレーム２８などへの取付けが容易になるので、これらの軸受を多く使用する電気機器やＯＡ機器などへの適用が可能になる。また、軸受とセンサ部とを一体化できるのでセンサの組立や調整時間を短縮できる。
【００３６】
なお、上述の実施形態においては、この発明を転がり軸受に適用したが、これに限ることなく、コロ軸受や滑り軸受などのその他の回転を検出するものに適用してもよい。
【００３７】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明のセンサ付軸受は、外輪と内輪との間に転動体を配置したラジアル軸受において、外輪または内輪の回転による相対角を検出できるので、小型でコスト的にも安価で、精度よく相対角の検出が可能になり、各種機器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の一実施形態におけるセンサ付軸受を示す図である。
【図２】図１（ｂ）に示した２個の渦電流センサの出力波形を示す図である。
【図３】この発明の他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付軸受を示す概略断面図である。
【図６】従来のセンサ付軸受を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
３，２３  外輪、４，２４  内輪、５  転動体、１１，１８，１９，２７  センサターゲット、１２，２０  貫通孔、１３，２２，２５  外環、１４  センサハウジング、１５，２１，２６  渦電流センサ、１６  外部回路、１７  ケーブル、２８  フレーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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